DE102005055011B4

DE102005055011B4 - Kraftfahrzeug mit Handschaltgetriebe und Abgasturboladereinrichtung

Info

Publication number: DE102005055011B4
Application number: DE102005055011.8A
Authority: DE
Inventors: Martin Böhm
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2005-11-18
Filing date: 2005-11-18
Publication date: 2017-03-02
Anticipated expiration: 2025-11-19
Also published as: WO2007057194A1; DE102005055011A1

Abstract

Kraftfahrzeug, umfassend: – eine Handschaltgetriebeeinrichtung, – eine Brennkraftmaschine (2) die einlassseitig mit einem Ansaugkanal (4) und auslassseitig mit einem Abgaskanal (6) verbunden ist, – eine im Einlasskanal (4) angeordnete Drosselklappe (40), – eine Steuereinheit (8) zur Ansteuerung der Drosselklappe (40), – eine Abgasturboladereinrichtung (10) mit einem in dem Abgaskanal (6) der Brennkraftmaschine (2) angeordneten Turbinenrad (10T) und einem mit diesem über eine Welle (W) verbundenen und in dem Ansaugkanal (4) der Brennkraftmaschine (2) angeordneten Verdichterrad (10V), dadurch gekennzeichnet, dass – die Steuereinheit (8) derart ausgebildet ist, dass bei detektiertem Schaltvorgang die Drosselklappe (40) derart angesteuert wird, dass diese für die Dauer des Schaltvorgangs in einer um ein vorbestimmtes Maß, zumindest teilweise geöffneten Position gehalten wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit Handschaltgetriebe und Abgasturboladereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei heutigen Kraftfahrzeugen mit Handschaltgetriebe und Abgasturbolader wird während des Schaltvorgangs die Motorlast und damit der Ansaug- und Abgasluftmassenstrom zurückgenommen. Hierdurch verringert sich die Drehzahl des Abgasturboladers und der damit erzeugte Ladedruck. Es kommt zum Effekt des so genannten Turboloches.
Aus der DE 197 50 445 C1 ist ein Verfahren zur Steuerung einer variablen Turbinengeometrie eines Abgasturboladers bei einem Kraftfahrzeug bekannt. Demgemäß wird die Turbinengeometrie während einer Schaltpause zum Wechseln der Fahrstufe eines Fahrzeuggetriebes in eine unabhängig von der Betriebslast vorgegebene Schaltpausenstellung überführt.
Des Weiteren beschreibt die DE 195 26 327 A1 eine Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader, bei der zur Verbesserung des Anlaufverhaltens des Abgasturboladers dessen Turbinenrad über ein Düsenelement mit Verbrennungsgasen beaufschlagt und so beschleunigt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrzeug mit Handschaltgetriebe und Turboladereinrichtung zu schaffen, bei dem die Drehzahl der Abgasturboladereinrichtung während eines Schaltvorgangs im wesentlichen aufrechterhalten oder erhöht werden kann.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, während in den Unteransprüchen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung angegeben sind. Gemäß der Erfindung wird bei einem Kraftfahrzeug mit Handschaltgetriebeeinrichtung und Abgasturboladereinrichtung eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung einer im Ansaugkanal angeordneten Drosselklappe zur Steuerung der den Brennkammern zugeführten Luftmasse derart ausgebildet, dass für den Fall eines erkannten Schaltvorgangs die Drosselklappe für die Dauer des Schaltvorgangs in eine, um ein vorbestimmtes Maß geöffnete Position überführt beziehungsweise in dieser gehalten wird. Mit Vorteil entspricht die vorbestimmte Position der, der vollständig geöffneten Drosselklappe. Dadurch, dass während des Schaltvorgangs die Drosselklappe nicht zurückgeführt beziehungsweise geschlossen wird, wird der Luftmassenstrom in die Brennkammern der Zylinder aufrechterhalten. Die weiterlaufende nicht befeuerte Brennkraftmaschine treibt über ihre auslassseitigen Abgase, die Turbine und damit ansaugseitig das Verdichterrad der Abgasturboladereinrichtung an. Durch die geöffnete Drosselklappe bleibt der Luftmassenstrom im Wesentlichen aufrechterhalten. Die Brennkraftmaschine wirkt während eines Schaltvorgangs somit als Luftpumpe, indem sie abgasseitig die Abgasturboladereinrichtung antreibt, und indem durch das einlassseitig angetriebene Verdichterrad den Brennräumen durch die weiterhin (bzw. jetzt ggf. vollständig) geöffnete Drosselklappe Luft zugeführt wird. Auf diese Weise wird die Drehzahl der Abgasturboladereinrichtung während des Schaltvorgangs aufrechterhalten.
Die Unterscheidung ob ein Schaltvorgang vorliegt oder nicht (Detektion des Schaltvorgangs) erfolgt durch Auswertung von Fahrzeug- und/oder Betriebsparametern (im Folgenden Fahrzeugbetriebsparameter genannt). Insbesondere erfolgt hierfür eine Auswertung der Position des Fahrpedals (Gaspedal) und des Betätigungszustandes der Trennkupplung. Es kann auf einen Schaltvorgang geschlossen werden, wenn das Fahrpedal sich in der Leerlaufposition (nicht betätigte Position) befindet und die Trennkupplung zur kraftmäßigen Trennung von Brennkraftmaschine und Getriebeeinheit (Unterbrechung des Antriebsstrangs) durch den Fahrer betätigt wurde. Zur Verbesserung der Erkennung wird in einer besonders bevorzugten Ausführung zusätzlich der negative Gradient des Fahrpedals (Betätigungsgeschwindigkeit bei der Zurücknahme des Fahrpedals) überwacht. Übersteigt dieser einen vorbestimmten Wert, ist dies ein weiteres Anzeichen für einen Schaltvorgang. Die Detektion von Schaltvorgängen kann über ein separates Steuergerät (z. B. Getriebesteuergerät) oder über die Steuereinheit, die bereits die Ansteuerung der Drosselklappe übernimmt (z. B. Motorsteuergerät), realisiert werden.
Um den einen möglichst hohen Luftmassenstrom während eines Schaltvorgangs zu erreichen, wird das Wastegate der Abgasturboladereinrichtung während der Dauer des Schaltvorgangs vollständig geschlossen gehalten.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1: die schematische Darstellung einer Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs gemäß der Erfindung, und
2: ein Diagramm zur Darstellung der zeitlichen Verläufe unterschiedlicher Fahrzeug- und Betriebsparameter während eines Schaltvorgangs.
1 zeigt eine Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Brennkraftmaschine 2, der einlassseitig ein Luftstrom L_{_Zu} über einen Ansaugkanal 4 zugeführt wird, und die auslassseitig über einen Abgaskanal 6 die von der Brennkraftmaschine 2 erzeugten Abgase in Form eines Abgasluftstroms L_{_Ab} an die Umgebung abgibt. Im Ansaugkanal 4 ist zu Steuerung des zugeführten Luftstroms L_{_Zu} eine steuerbare Drosselklappe 40 angeordnet, die über eine Steuereinheit 8 in Abhängigkeit von Fahrzeugbetriebsparametern p1, ..., pn ansteuerbar ist. Des Weiteren ist eine Abgasturboladereinrichtung 10 vorhanden, die mit ihrem Turbinenrad 10T in den Abgaskanal 6 und mit ihrem Verdichterrad 10V in den Ansaugkanal 4 eingekoppelt ist. Mittels der Abgasturboladereinrichtung 10 kann auf herkömmliche Weise die angesagte Luft in stark komprimierter Form der Brennkraftmaschine 2 einlassseitig zugeführt und so deren Leistung erhöht werden. Hierfür wird das Turbinenrad 10T über den Abgasstrom L_{_Ab} angetrieben. Da das Turbinenrad 10T über eine Welle W drehfest mit dem Verdichterrad 10V verbunden ist, wird dieses ebenfalls angetrieben und beschleunigt so die von außen angesaugte Umgebungsluft. Des Weiteren ist eingangsseitig in Luftströmungsrichtung gesehen vor der Abgasturboladereinrichtung 10 ein Ansauggeräuschdämpfer AGD mit integrierter Luftfiltereinheit LF vorgesehen. Ebenfalls eingangsseitig, aber zwischen Abgasturboladereinrichtung 10 und Drosselklappe 40 angeordnet, befindet sich ein Ladeluftkühler LLK zur Abkühlung der den Brennräumen der Zylinder zugeführten Frischluft.
Die Drosselklappe 40 wird über die Steuereinheit 8 in Abhängigkeit von verschiedenen Fahrzeugbetriebsparametern p1, ..., pn angesteuert. Die Steuereinheit 8 ist hierfür derart ausgebildet, dass über sie jeder Schaltvorgang der vorhandenen (nicht dargestellten) Getriebeeinrichtung erfasst wird. Wird über die Steuereinheit 8 ein Schaltvorgang erfasst, steuert diese die Drosselklappe 40 (bzw. den die Drosselklappe 40 verstellenden Aktuator – z. B. einen Elektromotor) derart an, dass die Drosselklappe 40 für die Dauer des Schaltvorgangs in eine vorbestimmte zumindest teilweise geöffnete Position, insbesondere in eine vollständig geöffnete Position (gestrichelt dargestellt), überführt wird.
Für die Erfassung des Schaltvorgangs wird über ein Fahrpedal-Positionserfassungsmittel 12 die aktuelle Fahrpedalposition P_FP erfasst und ausgewertet. Zusätzlich wird über ein Trennkupplungs-Positionserfassungsmittel 14 ermittelt, ob die Trennkupplung betätigt ist oder nicht (Position der Trennkupplung P_TK). Wird durch das Fahrpedal-Positionserfassungsmittel 12 erkannt, dass das Fahrpedal sich in unbetätigter Position (Leerlaufposition FP_0) befindet, und wird weiter über die Trennkupplungs-Positionserfassungsmittel 14 erkannt, dass die Trennkupplung zur Durchführung eines bevorstehenden Gangwechsels betätigt ist, wird auf das Vorliegen eines Schaltvorgangs geschlossen und die Drosselklappe 40 in den vorbestimmten Öffnungszustand überführt. In einer Weiterbildung der Steuereinheit 8 überwacht diese zur Detektion eines Schaltvorgangs zusätzlich den negativen Gradienten G_FP des Fahrpedals. Diese Überwachung erfolgt über ein Fahrpedalbeschleunigungs-Erfassungsmittel 12a. Hierdurch wird ermittelt wie schnell der Fahrer das Fahrpedal (Gaspedal) zurücknimmt bzw. loslässt.
Wird über die Steuereinheit 8 ein Schaltvorgang detektiert, werden zusätzlich zur Überführung der Drosselklappe 40 in eine vorbestimmte Öffnungsposition die Klappen des Wastegate 60 in eine vollständig geschlossene Position W_zu überführt. Hierdurch wird gewährleistet, dass der gesamte Abgasstrom zum Antrieb des Turbinenrads 10T der Abgasturboladereinrichtung 10 genutzt wird.
Anhand der in 2 dargestellten Wegverläufe s über der Zeit t wird die Funktionsweise der erfindungsgemäß ausgebildeten Steuereinheit 8 weiter erläutert. Dabei zeigt der volllinierte Wegverlauf W1 den Wegverlauf des Fahrpedals über der Zeit, der strichpunktierte Wegverlauf W2 den Wegverlauf (bzw. Öffnungsgrad) der Drosselkappe 40 über der Zeit (der strich-zweifach-gepunktete Wegverlauf W2' den Wegverlauf der Drosselklappe 40 gemäß dem Stand der Technik), und der zweifachgestricheite-einfachgepunktete Wegverlauf W3 den Wegverlauf (bzw. Öffnungsgrad) der Wastegateklappen des Wastegate 60. Gemäß 2 wird das Fahrpedal ausgehend von einem Startzeitpunkt t0 der Betrachtung, bis zum Zeitpunkt t1 konstant um einen Auslenkweg FP_X betätigt. Im Zeitpunkt t1 wird das Fahrpedal vom Fahrer zurückgenommen oder losgelassen, so dass es sich kurze Zeit später, im Zeitpunkt t2, in der nicht betätigten Position (Leerlaufposition, Auslenkweg FP_0) befindet. Nach Ablauf einer Zeitdauer T_P, innerhalb derer der manuell vorzunehmende Schaltvorgang durchgeführt wird, wird im Zeitpunkt t3 das Fahrpedal wieder betätigt, bis ein gewünschter Auslenkweg FP_X des Fahrpedals, im Zeitpunkt t4, erreicht ist. Aufgrund des erkannten Schaltvorgangs wird die Drosselklappe 40 – nicht wie gemäß dem Wegverlauf W2' dargestellt in eine geschlossene Position (DK_zu) überführt –, vielmehr wird sie in eine vorzugsweise vollständig geöffnete Position (DK_offen) überführt bzw. in dieser gehalten. Zusätzlich können zur Unterstützung des zugeführten Luftstroms bzw. des Strömungskreislaufs die Bypassklappen des Wastegate 60 verschlossen werden (Überführung der Bypassklappen von der Position WG_offen in die Position WG_zu).

Claims

Kraftfahrzeug, umfassend: – eine Handschaltgetriebeeinrichtung, – eine Brennkraftmaschine (2) die einlassseitig mit einem Ansaugkanal (4) und auslassseitig mit einem Abgaskanal (6) verbunden ist, – eine im Einlasskanal (4) angeordnete Drosselklappe (40), – eine Steuereinheit (8) zur Ansteuerung der Drosselklappe (40), – eine Abgasturboladereinrichtung (10) mit einem in dem Abgaskanal (6) der Brennkraftmaschine (2) angeordneten Turbinenrad (10T) und einem mit diesem über eine Welle (W) verbundenen und in dem Ansaugkanal (4) der Brennkraftmaschine (2) angeordneten Verdichterrad (10V), dadurch gekennzeichnet, dass – die Steuereinheit (8) derart ausgebildet ist, dass bei detektiertem Schaltvorgang die Drosselklappe (40) derart angesteuert wird, dass diese für die Dauer des Schaltvorgangs in einer um ein vorbestimmtes Maß, zumindest teilweise geöffneten Position gehalten wird.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (8) derart ausgebildet ist, dass die Drosselklappe (40) für die Dauer des Schaltvorgangs in einer vollständig geöffneten Position (DK_offen) gehalten wird.
Kraftfahrzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Detektion des Schaltvorgangs eine Auswertung der Position des Fahrpedals und des Betätigungszustands der Trennkupplung erfolgt.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Detektion des Schaltvorgangs eine Auswertung des Gradienten des Fahrpedals erfolgt.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Vorliegen eines Schaltvorgangs geschlossen wird, wenn der negative Gradient des Fahrpedals einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, die Position des Fahrpedals der Leerlaufposition entspricht und die Trennkupplung betätigt ist.
Kraftfahrzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (8) derart ausgebildet ist, dass das Wastegate (60) der Abgasturboladereinrichtung (10) für die Dauer des Schaltvorgangs in einer vollständig geschlossenen Position (W_zu) gehalten wird.